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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Detektion einer hochfrequenz-induzierten (HF-induzierten) Erwärmung eines Patienten, der gerade einer Magnetresonanztomographie-Untersuchung (MRT-Untersuchung) unterzogen wird, einen tragbaren Patientenanzug oder einen tragbaren Gegenstand mit Oberflächenempfangsspulen, ein Verfahren zur Detektion einer HF-induzierten Erwärmung eines Patienten, der gerade einer MRT-Untersuchung unterzogen wird, sowie ein Computerprogrammelement und ein computerlesbares Medium.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Bei der MRT-Bildgebung oder -Untersuchung hat sich durch den Trend zu höherer Feldstärke, kürzere Scan-Dauern und den aufkommenden Trend hin zu Oberflächensendespulen das Risiko einer durch lokale Hochfrequenzstrahlung induzierten Erwärmung des Patienten erhöht. Dies wird auch als Hotspots mit spezifischer Absorptionsrate (SAR) in oberflächlichem Gewebe bezeichnet. Häufig wird die SAR zum Hindernis für eine noch schnellere Bildaufnahme. Um dem entgegenzuwirken, wurden ein SAR-Management, bei dem während der MRT-Bildgebung/Untersuchung große Sicherheitsreserven für die SAR verwendet werden, SAR- und Temperatursimulationen oder B1-Shimming, um die lokale SAR unter den zulässigen Grenzwerten zu halten, eingeführt - siehe zum Beispiel Homann H, Graesslin I, Eggers H, Nehrke K, Vernickel P, Katscher U, Dössel O, Börnert P. Local SAR management by RF shimming: a simulation study with multiple human body models. Magn. Reson. Mater. Phys. (2012) 25 193-204.
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In einer üblichen klinischen Umgebung trägt das Personal durch die korrekte Patientenpositionierung, Kabelführung und Überwachung während des Scannens dazu bei, die oberflächliche Erwärmung des Patienten durch die MR-Bildgebung / hohe lokale SAR so gering wie möglich zu halten. Das Personal kann die Reaktion eines Patienten als eine Beschwerde über eine übermäßige Erwärmung interpretieren, was folglich darauf hinweist, dass eine HF-Erwärmung oder SAR des Patienten auftritt. Sedierte, beeinträchtigte oder unkundige Patienten spüren oder vermelden jedoch möglicherweise keine übermäßige Erwärmung, was zu leichten Verbrennungen oder sogar langfristigen Hautschäden führen kann. Diese Situation verschärft sich mit der Entwicklung hin zu vollständiger Autonomie, wo möglicherweise kein Personal vorhanden ist, um mit dem Patienten zu interagieren, um festzustellen, dass eine HF-induzierte Erwärmung / SAR auftritt.
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Wie vorstehend erörtert, stellt die SAR häufig den für schnellere Untersuchungen begrenzenden Faktor dar. Um dieses Problem anzugehen, wurden verschiedene Ansätze erforscht, die jedoch alle mit erheblichen Einschränkungen verbunden sind:
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MRT-Temperaturmapping
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Das MRT-Temperaturmapping ist aus mehreren Gründen nicht für die Überwachung der oberflächlichen HF-Erwärmung geeignet. Am wichtigsten ist, dass bei dem MRT-Temperaturmapping nur Temperaturunterschiede gemessen werden können und diese Differenzmessung anfällig für Fehler aufgrund geringfügiger willkürlicher und physiologischer Bewegungen (ohne Weiteres in der Größenordnung von 5 bis 10 Grad bei kleinen Bewegungen) ist. Nach einer grobmotorischen Bewegung (z. B. wenn der Patient seinen Arm ein wenig bewegt hat), gibt es keine Möglichkeit, mittels der MRT eine neue Ausgangstemperatur zu erfassen, sodass ein MRT-Temperaturmapping allein für die Überwachung unzureichend ist. Zweitens führt das wiederholte MRT-Temperaturmapping zu einer erheblichen Verlängerung der Untersuchungszeiten.
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Die US-Patentanmeldung
US 2018/0117186 betrifft die Verwendung dotierter Ferritpartikel als Temperatursensoren für die nicht-invasive MR-basierte Thermometrie.
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SAR-Simulation
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Die Simulation von SAR und lokaler Erwärmung ist rechenintensiv und erfordert zusätzliche Scans zum Bereitstellen eines patientenspezifischen Modells (einschließlich Anatomie, elektrischer Eigenschaften und thermischer Eigenschaften). Zudem gehen Simulationen mit hohen Fehlerwahrscheinlichkeiten einher.
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Verwendung großer Sicherheitsreserven
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Die SAR-Grenzwerte für das eigentliche klinische Scannen schließen Sicherheitsreserven wegen der Unzulänglichkeiten bei der SAR-Überwachung ein, und aus dem gleichen Grund schließen auch SAR-Modelle der MR-Systeme Sicherheitsreserven ein. Solche Reserven schränken die Untersuchungszeiten mehr als tatsächlich erforderlich ein. Eine bessere Kenntnis der tatsächlichen Temperaturen während des Scannens könnte eine Verringerung dieser Reserven ermöglichen.
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B1-Shimming
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Es wurden Mehrelementsystem-Körperspulen und Oberflächenübertragungsspulen mit dem Ziel vorgeschlagen, die Anzahl der Freiheitsgrade für das SAR-Management durch B1-Shimming zu erhöhen, aber solche Spulen neigen auch dazu, oberflächliche SAR zu verursachen, die sich nicht ohne Weiteres per Simulation vorhersagen lassen.
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Es besteht eine Notwendigkeit, diese Probleme anzugehen.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Es wäre vorteilhaft, über verbesserte Mittel zum Detektieren, dass bei einem Patienten, der gerade einer MRT-Untersuchung unterzogen wird, eine HF-induzierte Erwärmung oder SAR auftritt, zu verfügen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst, wobei weitere Ausführungsformen in den abhängigen Ansprüchen enthalten sind. Es sollte beachtet werden, dass die folgenden beschriebenen Gesichtspunkte und Beispiele der Erfindung auch für das System zur Detektion einer HF-induzierten Erwärmung eines Patienten, der gerade einer MRT-Untersuchung unterzogen wird, den tragbaren Patientenanzug oder tragbaren Gegenstand mit Oberflächenempfangsspulen, das Verfahren zur Detektion einer HF-induzierten Erwärmung eines Patienten, der gerade einer MRT-Untersuchung unterzogen wird, sowie ein Computerprogrammelement und ein computerlesbares Medium gelten.
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In einem ersten Gesichtspunkt wird ein System zur Detektion einer hochfrequenz-induzierten (HF-induzierten) Erwärmung eines Patienten bereitgestellt, der gerade einer Magnetresonanztomographie-Untersuchung (MRT-Untersuchung) unterzogen wird. Das System umfasst:
- - eine Form; und
- - eine Verarbeitungseinheit.
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Die Form ist dazu konfiguriert, dass sie um mindestens einen Teil eines Patienten platziert wird, der gerade einer Magnetresonanztomographie-Untersuchung „MRT“-Untersuchung in einem MRT-Scanner unterzogen wird. Die Form umfasst ein Material. Die Form ist derart konfiguriert, dass das Material in thermischem Kontakt mit dem Patienten steht, wenn die Form um den mindestens einen Teil des Patienten platziert ist, der gerade der MRT-Untersuchung unterzogen wird. Die Verarbeitungseinheit ist dazu konfiguriert, Abfragedaten des Materials zu empfangen. Die Verarbeitungseinheit ist dazu konfiguriert zu bestimmen, dass eine HF-induzierte Erwärmung des Patienten aufgetreten ist. Die Bestimmung umfasst die Verwendung der Abfragedaten.
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Auf diese Weise kann das Risiko einer lokalen HF-Erwärmung des Patienten minimiert werden.
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In einem Beispiel ändert sich mindestens eine Eigenschaft des Materials mit der Temperatur und die Abfragedaten können MRT-Daten des Materials umfassen.
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In einem Beispiel ist das Material so konfiguriert, dass es einen temperaturabhängigen Phasenübergang erfährt. Die Verarbeitungseinheit ist dazu konfiguriert, die MRT-Daten des Materials zu analysieren, um zu bestimmen, dass das Material den temperaturabhängigen Phasenübergang erfahren hat. Die Verarbeitungseinheit ist dazu konfiguriert zu bestimmen, dass eine HF-induzierte Erwärmung des Patienten aufgetreten ist, basierend auf der Bestimmung, dass das Material den temperaturabhängigen Phasenübergang erfahren hat.
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In einem Beispiel ist die Verarbeitungseinheit dazu konfiguriert, die MRT-Daten des Materials zu analysieren, um zu bestimmen, wo in der Form das Material den temperaturabhängigen Phasenübergang erfahren hat.
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In einem Beispiel ist das Material so konfiguriert, dass es den temperaturabhängigen Phasenübergang bei einer Phasenübergangstemperatur erfährt.
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In einem Beispiel ist das Material so konfiguriert, dass es den temperaturabhängigen Phasenübergang aufgrund einer HF-induzierten Erwärmung des Patienten, die durch den MRT-Scanner während der MRT-Untersuchung des Patienten verursacht ist, erfährt.
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In einem Beispiel ist das Material so konfiguriert, dass es einen Sol-Gel-Übergang vollzieht.
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In einem Beispiel umfasst das Material Chitosan.
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In einem Beispiel umfasst das Material Poly(N-Isopropylacrylamid).
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In einem Beispiel umfasst das Material Chitosan und Poly(N-Isopropylacrylamid).
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In einem Beispiel umfasst das System mindestens einen Temperatursensor, der in das Material integriert ist, und die Abfragedaten können Temperatursensordaten von dem mindestens einen Temperatursensor umfassen.
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In einem Beispiel umfasst der mindestens eine Sensor einen oder mehrere faseroptische Temperatursensoren.
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In einem Beispiel ist die Verarbeitungseinheit so konfiguriert, dass sie basierend auf einer Bestimmung, dass eine HF-induzierte Erwärmung des Patienten aufgetreten ist, Informationen ausgibt, die für eine oder mehrere der folgenden Maßnahmen verwendbar sind: Ändern einer Scan-Sequenz des MRT-Scanners in eine Sequenz, die eine verringerte spezifische Absorptionsrate liefert, Stoppen des Scans, Alarmieren des Personals.
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In einem Beispiel ist die Form ein tragbarer Patientenanzug oder ein tragbarer Gegenstand mit Oberflächenempfangsspulen.
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In einem zweiten Gesichtspunkt wird ein tragbarer Patientenanzug oder tragbarer Gegenstand mit Oberflächenempfangsspulen bereitgestellt. Der tragbare Patientenanzug oder tragbare Gegenstand mit Oberflächenempfangsspulen ist dazu konfiguriert, dass er um mindestens einen Teil eines Patienten platziert wird, der gerade einer Magnetresonanztomographie-Untersuchung „MRT“-Untersuchung in einem MRT-Scanner unterzogen wird. Der tragbare Patientenanzug oder tragbare Gegenstand mit Oberflächenempfangsspulen umfasst ein Material. Der tragbare Patientenanzug oder tragbare Gegenstand mit Oberflächenempfangsspulen ist derart konfiguriert, dass das Material mit dem Patienten in thermischem Kontakt steht, wenn der tragbare Patientenanzug oder tragbare Gegenstand mit Oberflächenempfangsspulen um den mindestens einen Teil des Patienten, der gerade der MRT-Untersuchung unterzogen wird, platziert ist. Abfragedaten des Materials sind verwendbar, um zu bestimmen, dass eine HF-induzierte Erwärmung des Patienten aufgetreten ist.
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In einem dritten Gesichtspunkt wird ein Verfahren zur Detektion einer hochfrequenz-induzierten (HF-induzierten) Erwärmung eines Patienten bereitgestellt, der gerade einer Magnetresonanztomographie-Untersuchung (MRT-Untersuchung) unterzogen wird. Das Verfahren umfasst:
- a) Platzieren einer Form um mindestens einen Teil eines Patienten, der gerade einer Magnetresonanztomographie-Untersuchung „MRT“-Untersuchung in einem MRT-Scanner unterzogen wird, wobei die Form ein Material umfasst und wobei die Form derart konfiguriert ist, dass das Material in thermischem Kontakt mit dem Patienten steht, wenn die Form um den mindestens einen Teil des Patienten platziert ist, der gerade der MRT-Untersuchung unterzogen wird;
- b) Empfangen, mittels einer Verarbeitungseinheit, von Abfragedaten des Materials; und
- c) Bestimmen, durch die Verarbeitungseinheit, dass eine HF-induzierte Erwärmung des Patienten aufgetreten ist, und wobei das Bestimmen die Verwendung der Abfragedaten umfasst.
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Gemäß einem anderen Gesichtspunkt wird ein Computerprogrammelement bereitgestellt, das eines oder mehrere der Systeme, wie zuvor beschrieben, steuert, die, wenn das Computerprogrammelement von einer Verarbeitungseinheit ausgeführt wird, dazu eingerichtet sind, das Verfahren wie zuvor beschrieben durchzuführen.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt wird ein computerlesbares Medium mit gespeichertem Computerelement, wie zuvor beschrieben, bereitgestellt.
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Das Computerprogrammelement kann beispielsweise ein Softwareprogramm sein, kann aber auch ein FPGA, ein PLD oder ein beliebiges anderes geeignetes digitales Mittel sein.
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Vorteilhafterweise gelten die Vorteile, die von einem der vorstehenden Gesichtspunkte bereitgestellt werden, gleichermaßen für alle anderen Gesichtspunkte und umgekehrt.
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Die vorstehenden Gesichtspunkte und Beispiele werden aus den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen ersichtlich und unter Bezugnahme darauf erläutert.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die folgende Zeichnung beschrieben:
- 1 zeigt einen schematischen Aufbau eines Beispiels für ein System zur Detektion einer hochfrequenz-induzierten Erwärmung eines Patienten, der gerade einer Magnetresonanztomographie-Untersuchung unterzogen wird;
- 2 zeigt ein Verfahren zur Detektion einer hochfrequenz-induzierten Erwärmung eines Patienten, der gerade einer Magnetresonanztomographie-Untersuchung unterzogen wird; und
- 3 zeigt ein schematisches Beispiel für diagnostische MRT-Daten, die als Abfragedaten über ein Phasenübergangsmaterial innerhalb eines tragbaren Anzugs oder innerhalb eines Anzugs mit Oberflächenempfangsspulen, der sich um den Patienten herum befindet, verwendet werden.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt ein schematisches Beispiel für ein System 10 zur Detektion einer hochfrequenz-induzierten (HF-induzierten) Erwärmung eines Patienten, der gerade einer Magnetresonanztomographie-Untersuchung (MRT-Untersuchung) unterzogen wird. Das System 10 umfasst eine Form 20 und eine Verarbeitungseinheit 30. Die Form ist dazu konfiguriert, dass sie um mindestens einen Teil eines Patienten platziert wird, der gerade einer Magnetresonanztomographie-Untersuchung „MRT“-Untersuchung in einem MRT-Scanner unterzogen wird. Die Form umfasst ein Material 40 und die Form ist derart konfiguriert, dass das Material in thermischem Kontakt mit dem Patienten steht, wenn die Form um den mindestens einen Teil des Patienten platziert ist, der gerade der MRT-Untersuchung unterzogen wird. Die Verarbeitungseinheit ist dazu konfiguriert, Abfragedaten des Materials zu empfangen. Die Verarbeitungseinheit ist dazu konfiguriert zu bestimmen, dass eine HF-induzierte Erwärmung des Patienten aufgetreten ist. Die Bestimmung durch die Verarbeitungseinheit umfasst die Verwendung der Abfragedaten.
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Gemäß einem Beispiel ändert sich mindestens eine Eigenschaft des Materials mit der Temperatur, und die Abfragedaten können MRT-Daten des Materials umfassen.
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Gemäß einem Beispiel ist das Material so konfiguriert, dass es einen temperaturabhängigen Phasenübergang erfährt. Die Verarbeitungseinheit ist dazu konfiguriert, die MRT-Daten des Materials zu analysieren, um zu bestimmen, dass das Material den temperaturabhängigen Phasenübergang erfahren hat. Die Verarbeitungseinheit ist dazu konfiguriert zu bestimmen, dass eine HF-induzierte Erwärmung des Patienten aufgetreten ist, basierend auf der Bestimmung, dass das Material den temperaturabhängigen Phasenübergang erfahren hat.
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Gemäß einem Beispiel ist die Verarbeitungseinheit dazu konfiguriert, die MRT-Daten des Materials zu analysieren, um zu bestimmen, wo in der Form das Material den temperaturabhängigen Phasenübergang erfahren hat.
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Gemäß einem Beispiel ist das Material so konfiguriert, dass es den temperaturabhängigen Phasenübergang bei einer Phasenübergangstemperatur erfährt.
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In einem Beispiel liegt die Phasenübergangstemperatur im Bereich von 40 °C bis 60 °C.
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In einem Beispiel liegt die Phasenübergangstemperatur im Bereich von 45 °C bis 60 °C.
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In einem Beispiel liegt die Phasenübergangstemperatur im Bereich von 40 °C bis 50 °C.
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Gemäß einem Beispiel ist das Material so konfiguriert, dass es den temperaturabhängigen Phasenübergang aufgrund einer HF-induzierten Erwärmung des Patienten, die durch den MRT-Scanner während der MRT-Untersuchung des Patienten verursacht ist, erfährt.
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Gemäß einem Beispiel ist das Material so konfiguriert, dass es einen Sol-Gel-Übergang vollzieht.
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Gemäß einem Beispiel umfasst das Material Chitosan. Alternativ oder zusätzlich umfasst das Material Poly(N-Isopropylacrylamid).
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Gemäß einem Beispiel umfasst das System mindestens einen Temperatursensor 50, der in das Material integriert ist. Die Abfragedaten können dann Temperatursensordaten von dem mindestens einen Temperatursensor umfassen.
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Gemäß einem Beispiel umfasst der mindestens eine Sensor einen oder mehrere faseroptische Temperatursensoren.
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Gemäß einem Beispiel ist die Verarbeitungseinheit so konfiguriert, dass sie basierend auf einer Bestimmung, dass eine HF-induzierte Erwärmung des Patienten aufgetreten ist, Informationen ausgibt, die für eine oder mehrere der folgenden Maßnahmen verwendbar sind: Ändern einer Scan-Sequenz des MRT-Scanners in eine Sequenz, die eine verringerte spezifische Absorptionsrate liefert, Stoppen des Scans, Alarmieren des Personals.
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Gemäß einem Beispiel ist die Form ein tragbarer Patientenanzug oder ein tragbarer Gegenstand mit Oberflächenempfangsspulen.
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Aus der vorstehenden Beschreibung des Systems ist klar, dass sich 1 auch auf einen tragbaren Patientenanzug 20 oder einen tragbaren Gegenstand mit Oberflächenempfangsspulen 20 bezieht. Der tragbare Patientenanzug oder tragbare Gegenstand mit Oberflächenempfangsspulen ist dazu konfiguriert, dass er um mindestens einen Teil eines Patienten platziert wird, der gerade einer Magnetresonanztomographie-Untersuchung „MRT“-Untersuchung in einem MRT-Scanner unterzogen wird. Der tragbare Patientenanzug oder tragbare Gegenstand mit Oberflächenempfangsspulen umfasst ein Material 40. Der tragbare Patientenanzug oder tragbare Gegenstand mit Oberflächenempfangsspulen ist derart konfiguriert, dass das Material mit dem Patienten in thermischem Kontakt steht, wenn der tragbare Patientenanzug oder tragbare Gegenstand mit Oberflächenempfangsspulen um den mindestens einen Teil des Patienten, der gerade der MRT-Untersuchung unterzogen wird, platziert ist. Abfragedaten des Materials sind verwendbar, um zu bestimmen, dass eine HF-induzierte Erwärmung des Patienten aufgetreten ist.
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In einem Beispiel ändert sich mindestens eine Eigenschaft des Materials mit der Temperatur. Das Material ist derart konfiguriert, dass MRT-Daten des Materials als Abfragedaten verwendbar sind.
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In einem Beispiel ist das Material so konfiguriert, dass es einen temperaturabhängigen Phasenübergang erfährt.
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In einem Beispiel ist das Material so konfiguriert, dass es den temperaturabhängigen Phasenübergang bei einer Phasenübergangstemperatur erfährt.
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In einem Beispiel liegt die Phasenübergangstemperatur im Bereich von 40 °C bis 60 °C.
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In einem Beispiel liegt die Phasenübergangstemperatur im Bereich von 45 °C bis 60 °C.
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In einem Beispiel liegt die Phasenübergangstemperatur im Bereich von 40 °C bis 50 °C.
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In einem Beispiel ist das Material so konfiguriert, dass es den temperaturabhängigen Phasenübergang aufgrund einer HF-induzierten Erwärmung des Patienten, die durch den MRT-Scanner während der MRT-Untersuchung des Patienten verursacht ist, erfährt.
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In einem Beispiel ist das Material so konfiguriert, dass es einen Sol-Gel-Übergang vollzieht.
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In einem Beispiel umfasst das Material Chitosan.
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In einem Beispiel umfasst das Material Poly(N-Isopropylacrylamid).
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In einem Beispiel ist mindestens ein Temperatursensor 50 in das Material integriert. Die Temperatursensordaten von dem mindestens einen Temperatursensor sind als die Abfragedaten verwendbar.
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In einem Beispiel umfasst der mindestens eine Sensor einen oder mehrere faseroptische Temperatursensoren.
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2 zeigt ein Beispiel für ein Verfahren 100 zur Detektion einer hochfrequenz-induzierten (HF-induzierten) Erwärmung eines Patienten, der gerade einer Magnetresonanztomographie-Untersuchung (MRT-Untersuchung) unterzogen wird, in seinen grundlegenden Schritten. Das Verfahren 100 umfasst:
- - in einem Platzierungsschritt 110, auch als Schritt a) bezeichnet, Platzieren einer Form um mindestens einen Teil eines Patienten, der gerade einer Magnetresonanztomographie-Untersuchung „MRT“-Untersuchung in einem MRT-Scanner unterzogen wird, wobei die Form ein Material umfasst und wobei die Form derart konfiguriert ist, dass das Material in thermischem Kontakt mit dem Patienten steht, wenn die Form um den mindestens einen Teil des Patienten platziert ist, der gerade der MRT-Untersuchung unterzogen wird;
- - in einem Empfangsschritt 120, auch als Schritt b) bezeichnet, Empfangen, mittels einer Verarbeitungseinheit, von Abfragedaten des Materials; und
- - in einem Bestimmungsschritt 130, auch als Schritt c) bezeichnet, Bestimmen, durch die Verarbeitungseinheit, dass eine HF-induzierte Erwärmung des Patienten aufgetreten ist, und wobei das Bestimmen die Verwendung der Abfragedaten umfasst.
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In einem Beispiel ändert sich mindestens eine Eigenschaft des Materials mit der Temperatur und die Abfragedaten können MRT-Daten des Materials umfassen.
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In einem Beispiel ist das Material so konfiguriert, dass es einen temperaturabhängigen Phasenübergang erfährt. Das Verfahren umfasst dann das Analysieren der MRT-Daten des Materials durch die Verarbeitungseinheit, um zu bestimmen, dass das Material den temperaturabhängigen Phasenübergang erfahren hat. In Schritt c) basiert das Bestimmen, dass eine HF-induzierte Erwärmung des Patienten aufgetreten ist, auf der Bestimmung, dass das Material den temperaturabhängigen Phasenübergang erfahren hat.
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In einem Beispiel umfasst Schritt c) das Analysieren der MRT-Daten des Materials durch die Verarbeitungseinheit, um zu bestimmen, wo in der Form das Material den temperaturabhängigen Phasenübergang erfahren hat.
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In einem Beispiel ist das Material so konfiguriert, dass es den temperaturabhängigen Phasenübergang bei einer Phasenübergangstemperatur erfährt.
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In einem Beispiel liegt die Phasenübergangstemperatur im Bereich von 40 °C bis 60 °C.
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In einem Beispiel liegt die Phasenübergangstemperatur im Bereich von 45 °C bis 60 °C.
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In einem Beispiel liegt die Phasenübergangstemperatur im Bereich von 40 °C bis 50 °C.
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In einem Beispiel ist das Material so konfiguriert, dass es den temperaturabhängigen Phasenübergang aufgrund einer HF-induzierten Erwärmung des Patienten, die durch den MRT-Scanner während der MRT-Untersuchung des Patienten verursacht ist, erfährt.
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In einem Beispiel ist das Material so konfiguriert, dass es einen Sol-Gel-Übergang vollzieht.
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In einem Beispiel umfasst das Material Chitosan.
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In einem Beispiel umfasst das Material Poly(N-Isopropylacrylamid).
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In einem Beispiel ist mindestens ein Temperatursensor in das Material integriert und die Abfragedaten können Temperatursensordaten von dem mindestens einen Temperatursensor umfassen.
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In einem Beispiel umfasst der mindestens eine Sensor einen oder mehrere faseroptische Temperatursensoren.
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In einem Beispiel umfasst das Verfahren, basierend auf einer Bestimmung, dass eine HF-induzierte Erwärmung des Patienten aufgetreten ist, das Ausgeben, durch die Verarbeitungseinheit, von Informationen, die für eine oder mehrere der folgenden Maßnahmen verwendbar sind: Ändern einer Scan-Sequenz des MRT-Scanners in eine Sequenz, die eine verringerte spezifische Absorptionsrate liefert, Stoppen des Scans, Alarmieren des Personals.
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In einem Beispiel ist die Form ein tragbarer Patientenanzug oder ein tragbarer Gegenstand mit Oberflächenempfangsspulen.
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Das System zur Detektion einer HF-induzierten Erwärmung eines Patienten, der gerade einer MRT-Untersuchung unterzogen wird, der tragbare Patientenanzug oder tragbare Gegenstand mit Oberflächenempfangsspulen, das Verfahren zur Detektion einer HF-induzierten Erwärmung eines Patienten, der gerade einer MRT-Untersuchung unterzogen wird, werden nun anhand spezifischer Ausführungsformen ausführlicher beschrieben, wobei auf 3 Bezug genommen wird.
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Übliche MRT-Oberflächenspulen sind relativ voluminös und daher für den Patienten unangenehm. Außerdem sind sie nicht flexibel genug, um sich an die Körperform des Patienten anzupassen. Vor kurzem wurden jedoch hochflexible und dehnbare leichte Empfangsspulen entwickelt, die sich vollständig an die Haut des Patienten anschmiegen - siehe zum Beispiel: https://www.gehealthcare.com/products/magnetic-resonanceimaging/air-technology:
https://www.auntminnie.com/index.aspx?sec=sup&sub=mri&pag=dis&ItemID= 125579; und Andreas Port, Loris Albisetti, Matija Varga, Josip Marjanovic, Jonas Reber, David Brunner, Klaas Pruessmann. „Liquid metal in stretchable tubes: A wearable 4-channel knee array“. Bericht ISMRM 2019, Nr. 1114.
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Die Erfinder erkannten, dass Patientenanzüge, in die solche tragbaren Spulen integriert sind und die große Teile des Patienten bedecken, auf eine neue Weise genutzt werden könnten. Die neuartige Technik bestand darin, dass durch oberflächliche Temperaturmessungen, die vom MRT-System selbst durchgeführt werden, das Risiko einer lokalen HF-Erwärmung in einer autonomen Umgebung minimiert werden konnte. Erreicht wird dies durch die Integration eines temperaturempfindlichen Materials in solche tragbaren Formen von leichten Oberflächenempfangsspulen. Das verwendete Material ändert seinen MRT-Signalpegel mit der Temperatur aufgrund eines Phasenübergangs dort, wo das Material mit dem Patienten in thermischem Kontakt steht und die Temperaturänderung des Materials auf eine Temperaturänderung des Patienten zurückzuführen ist. Es kann auch ein Patientenanzug benutzt werden, der den Patienten bedeckt und keine Oberflächenempfangsspulen, sondern nur das temperaturempfindliche Material aufweist. Dieser Ansatz vermeidet die Schwierigkeiten des MRT-Temperaturmappings und kommt, abgesehen von der Materialschicht in der tragbaren Spule oder dem Patientenanzug, ohne zusätzliche Systemkomponenten aus. Der Ansatz bietet eine effektive Möglichkeit, um zu bestimmen, ob eine HF-Erwärmung (oder SAR) des Patienten aufgetreten ist und zwar auf eine Weise, die für den Patienten komfortabel ist.
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Tragbare Spulen oder sogar Patientenanzüge mit solchen Spulen, die ein temperaturempfindliches Material aufweisen, bieten grundsätzlich die Möglichkeit, die Oberflächentemperatur umfassend zu messen, wobei große Flächen abgedeckt werden. Dies ermöglicht ein effizientes und effektives Überwachen der HF-Erwärmung, da die Orte, an denen eine Erwärmung auftritt, nicht ohne Weiteres vorhersagbar sind. Damit das System für eine großflächige Temperaturüberwachung mit der MRT kompatibel ist, wird dies bei der ersten der folgenden zwei Ausführungsformen dadurch erreicht, indem der MRT-Scanner selbst für die Temperaturmessung verwendet wird. Dies hat außerdem Kostenvorteile, da dann keine speziellen Temperatursensoren erforderlich sind.
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In dieser Ausführungsform wird eine tragbare Spule mit einem Phasenübergangsmaterial verwendet. Viele Materialien unterliegen Phasenübergängen, die durch Temperaturänderungen hervorgerufen werden, und in vielen Fällen verändert der Phasenübergang die MRT-Signaleigenschaften (T1- und T2-Relaxationszeit) weitgehend. Daher ist der tragbare MRT-Spulen-/Patientenanzug mit einer Innenschicht aus einem solchen Material so ausgestattet, dass er von der Haut des Patienten nur durch eine dünne Kleidungsschicht getrennt ist, wodurch ein enger thermischer Kontakt besteht, wenn der tragbare MRT-Spulen-/Patientenanzug von dem Patienten getragen wird, der gerade einer MRT-Untersuchung unterzogen wird. Das Material wird so gewählt, dass es einen Phasenübergang beispielsweise bei 40 °C bis 60 °C, bei 45 °C bis 60 °C und bei 40 °C bis 50 °C aufweist, der seine MR-Eigenschaften ändert. Das Material kann bei Bedarf derart konfiguriert werden, dass es unterschiedliche Temperaturbereiche aufweist, in denen der Phasenübergang erfolgt. Zur Überwachung des Phasenzustands des Materials wird die MRT-Bildgebung verwendet. Dies kann unter Verwendung der MRT-Scans geschehen, die Teil der diagnostischen Untersuchung sind, oder durch zusätzliche Scans, die mit dem diagnostischen Scannen verschachtelt sind. Diagnostische 3D-Scans sind geeignet, da sie die Haut des Patienten bereits großflächig einschließen.
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3 zeigt ein Beispiel für einen Patienten, der den tragbaren MRT-Spulen-/Patientenanzug trägt, der die Innenschicht aus dem Phasenübergangsmaterial aufweist. Der tragbare MRT-Spulen-/Patientenanzug ist nicht wirklich dargestellt. Da das Phasenübergangsmaterial, während sich der Patient der MRT-Untersuchung unterzieht, in thermischem Kontakt mit der Außenseite des Patienten, beispielsweise seiner Haut steht, erwärmt sich, wenn ein Teil des Patienten aufgrund einer SAR sich zu erwärmen beginnt, auch das Phasenübergangsmaterial in Kontakt mit diesem Teil des Patienten, und wenn der Temperaturanstieg groß genug ist, wird das Material einen Phasenübergang erfahren, der anhand der MRT-Daten detektiert werden kann.
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In 3 ist, wie vorstehend erörtert, der tragbare MRT-Spulen-/Patientenanzug nicht wirklich gezeigt, aber am Ort des tragbaren MRT-Spulen-/Patientenanzugs sind zusätzliche Scans gezeigt, die aus mehreren Stapeln von 1-3 Schichten bestehen, die dort, wo sich der tragbare MRT-Spulen-/Patientenanzug befindet, die Oberfläche des Patienten abdecken. Es gibt also Überwachungsstapel mit jeweils wenigen Schichten, welche die äußere Begrenzung des Patienten abdecken. Jeder Stapel kann automatisch positioniert werden, basierend auf dem Spulenempfindlichkeitsscan und dem Übersichtsscan, die zu Beginn jeder MRT-Untersuchung durchgeführt werden. Die Scandauer für diese zusätzlichen Scans stellt aus mehreren Gründen kein Ausschlusskriterium dar: das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) ist hoch, da sie an die Empfangsspulenelemente angrenzend angeordnet sind, und weniger als 20 Schichten sind erforderlich, um eine große Fläche des Patienten abzudecken.
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Die Scans werden in regelmäßigen Abständen wiederholt und jede große Signaländerung, die auf eine HF-Erwärmung schließen lässt, wird verwendet, um vordefinierte Maßnahmen, wie nachstehend genau beschrieben, auszulösen.
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Ideale Phasenübergangsmaterialien weisen die folgenden Eigenschaften auf:
- Bereitstellung des 1H-MR-Signals
- Phasenübergang bei der gewünschten Temperatur
- erhebliche Veränderung der MRT-Relaxationszeiten aufgrund des Phasenübergangs
- Biegsamkeit in beiden beteiligten Phasen
- als Material/Substanz in einer MRT-Umgebung zugelassen
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Es hat sich herausgestellt, dass Materialien, die einen Sol-Gel-Übergang vollziehen, für diesen Zweck geeignet sind. Ein gutes Beispiel ist die Verwendung einer thermogelierenden wässrigen Chitosanlösung. Chitosan ist ein Polyaminosaccharid, das aus Chitin, einem celluloseartigen Polymer, das z. B. im Außenskelett von Insekten vorkommt, gewonnen werden kann. Chitosan ist biologisch abbaubar und wird in Zukunft eine wichtige Rolle bei biomedizinischen Anwendungen und in der Lebensmittelindustrie spielen - siehe Chenit R, et al. Rheological characterization of thermogelling chitosan/glycerol-phosphate solutions. Carbohydrate Polymers (2001) 46 39-47.
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Eine wässrige Chitosan/Glycerinphosphat-Lösung zeigt einen Sol-Gel-Übergang in einem geeigneten Temperaturbereich von ungefähr 40 bis 50 °C, wobei die Temperatur des Sol-Gel-Übergangs durch die Wahl des pH-Werts in einem biokompatiblen Bereich um pH = 7 abgestimmt werden kann. Die T2-Relaxationszeit der Lösung ändert sich während eines solchen Phasenübergangs von etwa 2,5 s auf 1,2 s - siehe Kock FVC und Colnago LA. Rapid method for monitoring chitosan coagulation using low-field NMR relaxometry. Carbohydrate Polymers (2016) 50 1-4. Dies führt zu einer erheblichen Veränderung des MR-Signals bei der Turbo-Spin-Echo-MR-Bildgebung (TSE-MR-Bildgebung).
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Ein zweites geeignetes Materialsystem ist Poly(N-Isopropylacrylamid) (PNIPAM) in wässriger Lösung, das bei etwa 32 °C einen Sol-Gel-Phasenübergang erfährt - siehe Matsukawa S et al. Structural and Dynamic Behavior of Polymer Gels as Elucidated by Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy. In: Polymer Gels and Networks. 2001. CRC Press. S. 234. ISBN-13: 978-0824706692. Durch Wahl der Gewichtskonzentration, der Copolymerisation mit geeigneten Monomeren und der Additive kann jedoch die Übergangstemperatur abgestimmt werden - siehe Cao Y et al. Poly(N-isopropylacrylamide)-chitosan as thermosensitive in situ gel-forming system for ocular drug delivery. J of controlled release (2007) 120(3) 186-194 und https://www.sigmaaldrich.com/materials-science/polymer-science/nipampolymers.html. Es ist anzumerken, dass dieses Material biologisch abbaubar ist und bereits für die Verabreichung von Arzneimitteln an den Menschen verwendet wurde.
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Statt ein Phasenübergangsmaterial zu verwenden, weist ein Material des tragbaren MRT-Spulen-/Patientenanzugs, das in thermischem Kontakt mit dem Patienten steht, der gerade der MRT-Untersuchung unterzogen wird, faseroptische, verteilte Temperatursensoren auf, da sie MRT-sicher sind, d. h. dass sie nicht mit dem MRT-System in Wechselwirkung treten und das Temperaturprofil entlang von Fasern von mehreren Metern Länge mit einer Zeitauflösung von 1 Hz und höher bereitstellen - siehe
https://www.nktphotonics.com/lios/en/technology/distributed-temperature-sensing/.
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Eine Faser, die mehrere Meter lang sein kann, ist in Mäanderschleifen im Material der tragbaren MR-Oberflächenspule eingebettet. Wenn eine Temperaturerhöhung entlang der Faser detektiert wird, kann anhand der bekannten Mäanderform der Faser der Ort des Hotspots am Patienten bestimmt werden.
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Bei den vorstehenden Ausführungsformen werden die Temperaturdaten verwendet, um automatisch Maßnahmen auszulösen, wie:
- Wechseln der Sequenz in einen Modus, der eine geringere SAR (in W/kg) bewirkt Stoppen des Scans bei übermäßiger Erwärmung
- Alarmieren des Personals, um die Situation in den Griff zu bekommen
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In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein Computerprogramm oder Computerprogrammelement bereitgestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es dafür konfiguriert ist, die Verfahrensschritte des Verfahrens nach einer der vorstehenden Ausführungsformen auf einer geeigneten Vorrichtung oder einem geeigneten System auszuführen.
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Das Computerprogrammelement könnte daher auf einer Computereinheit gespeichert sein, die auch Teil einer Ausführungsform sein könnte. Diese Computereinheit kann konfiguriert sein, um die Schritte des oben beschriebenen Verfahrens durchzuführen oder deren Durchführung zu veranlassen. Darüber hinaus kann sie konfiguriert sein, um die Komponenten der oben beschriebenen Vorrichtung und/oder des Systems zu betreiben. Die Computereinheit kann konfiguriert sein, um automatisch zu arbeiten und/oder die Befehle eines Benutzers auszuführen. Ein Computerprogramm kann in einen Arbeitsspeicher eines Datenprozessors geladen werden. Der Datenprozessor kann somit zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ausführungsformen ausgestattet sein.
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Diese beispielhafte Ausführungsform der Erfindung deckt sowohl ein Computerprogramm, das von Anfang an die Erfindung verwendet, als auch ein Computerprogramm, das mittels eines Updates ein bestehendes Programm in ein Programm umwandelt, das die Erfindung verwendet, ab.
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Ferner könnte das Computerprogrammelement in der Lage sein, alle Schritte bereitzustellen, die notwendig sind, um das Verfahren einer beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens wie oben beschrieben zu erfüllen.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein computerlesbares Medium, wie eine CD-ROM, ein USB-Stick oder dergleichen präsentiert, wobei auf dem computerlesbaren Medium ein Computerprogrammelement gespeichert ist, wobei das Computerprogrammelement durch den vorhergehenden Abschnitt beschrieben ist.
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Ein Computerprogramm kann auf einem geeigneten Medium, wie einem optischen Speichermedium oder einem Festkörpermedium, das zusammen mit oder als Teil anderer Hardware geliefert wird, gespeichert und/oder verteilt werden, kann jedoch auch in anderen Formen verteilt werden, wie über das Internet oder andere drahtgebundene oder drahtlose Telekommunikationssysteme.
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Das Computerprogramm kann jedoch auch über ein Netzwerk, wie das World Wide Web, präsentiert werden und kann von einem solchen Netzwerk in den Arbeitsspeicher eines Datenprozessors heruntergeladen werden. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Medium zum Bereitstellen eines Computerprogrammelements zum Herunterladen bereitgestellt, wobei das Computerprogrammelement angeordnet ist, um ein Verfahren gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung durchzuführen.
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Es ist zu beachten, dass Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf verschiedene Gegenstände beschrieben werden. Insbesondere werden einige Ausführungsformen unter Bezugnahme auf Verfahrenstypansprüche beschrieben, während andere Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Vorrichtungstypansprüche beschrieben werden. Der Fachmann wird jedoch aus der vorstehenden und der folgenden Beschreibung entnehmen, dass, sofern nicht anders angegeben, neben jeder Kombination von Merkmalen, die zu einer Art von Gegenstand gehören, auch jede Kombination zwischen Merkmalen, die sich auf verschiedene Gegenstände beziehen, als mit dieser Anmeldung offenbart gilt. Jedoch können alle Merkmale kombiniert werden, wodurch synergetische Effekte bereitgestellt werden, die größer sind als die einfache Summierung der Merkmale.
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Auch wenn die Erfindung im Detail in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, sind eine derartige Veranschaulichung und Beschreibung als veranschaulichend oder beispielhaft und nicht als einschränkend zu betrachten. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Variationen der offenbarten Ausführungsformen können vom Fachmann beim Ausüben einer beanspruchten Erfindung, aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der abhängigen Ansprüche verstanden und bewirkt werden.
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In den Ansprüchen schließt das Wort „umfassen“ andere Elemente oder Schritte nicht aus, und der unbestimmte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt eine Mehrzahl nicht aus. Ein einzelner Prozessor oder eine andere Einheit kann die Funktionen mehrerer in den Ansprüchen genannter Elemente erfüllen. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen in voneinander verschiedenen abhängigen Ansprüchen erneut genannt werden, bedeutet nicht, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht vorteilhaft verwendet werden kann. Jegliche Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen des Schutzumfangs auszulegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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